In welche Richtung fliegt Schlamm vom Reifen eines fahrenden Fahrrads und warum?

Wenn sich ein Fahrrad durch eine schlammige Gegend bewegt, gelangt Schlamm auf seine Reifen. Dann fliegt der Schlamm von den Reifen.

Welche Kräfte wirken darauf? In welche Richtung fliegt es?

Bei meinem Physiktest schrieb ich, dass es an diesem Punkt mit tangentialer Geschwindigkeit abfliegt, aber es wurde als falsch markiert.

eigentlich kein Duplikat, sondern verwandt.
Nein, ich habe es überprüft, bevor ich gefragt habe, es ist anders

Antworten (3)

Sie sollten wahrscheinlich bemerken, dass der Weg jedes Punktes des Reifens eine Zykloide ist . Am Bodenkontaktpunkt bewegt sich der Reifen nicht. Wenn es sich vom Boden erhebt, bewegt es sich schneller, mit einer gewissen Geschwindigkeit v ( 1 + Sünde ⁡ θ ) Wo v ist die Fahrradgeschwindigkeit und θ wird gegen den Uhrzeigersinn von der Horizontalen aus gemessen. Die Zentrifugalkraft steigt so an θ sinkt ab 270 ∘ und irgendwann übersteigt es die Festigkeit der Befestigung am Rad. Wenn es loslässt, sollte es die Tangentialgeschwindigkeit dieses Punktes des Rades erhalten, die nicht mit der Geschwindigkeit des Fahrrads identisch ist.

Beeinflusst es nicht die Zentripetalkraft oder eine andere Kraft?
In dem Moment, in dem sich der Schlamm löst, entspricht die Zentripetalkraft der Zentrifugalkraft – das ist es, was den Zeitpunkt der Freisetzung auswählt.

Weil keine Kräfte auf den Schlamm einwirken, der sich mit dem Reifen dreht, fliegt er ab. An jedem Punkt, an dem sich der Schlamm löst, bewegt er sich zunächst tangential zum Reifen und folgt dann aufgrund der Erdanziehungskraft einer Parabel.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich der lockerere Schlamm zuerst löst und an diesem Punkt zeigt die tangentiale Richtung des Reifens direkt auf Ihre Augen! Wenn es eine gleiche Wahrscheinlichkeit gäbe, dass sich der Schlamm um den Reifen herum lösen würde, würde er nach vorne geschleudert werden und mit gleicher Wahrscheinlichkeit entweder nach oben oder nach unten.

Die Tangentialgeschwindigkeit des Reifens als Funktion des Azimouthwinkels (Lagewinkel) θ Ist

[ v X , v j ] = [ v ( 1 − cos ⁡ θ ) , − v Sünde ⁡ θ ]
Wo v ist die Fahrradgeschwindigkeit und θ = 0 befindet sich am Kontaktpunkt und bewegt sich gegen den Uhrzeigersinn für einen positiven Winkel. Interessanterweise zeigt die Beschleunigung immer betragsmäßig auf die Mitte des Reifens v 2 / R . Die Adhäsionskraft, die erforderlich ist, um den Schlamm auf dem Reifen zu halten, ist also über den gesamten Reifen konstant, es sei denn, das Fahrrad beschleunigt auch.

Wenn das Fahrrad mit beschleunigt v ˙ , dann definieren Sie die dimensionslose Beschleunigung als a = v ˙ v 2 / R und Sie können feststellen, bei welcher Spitzenbeschleunigung die Reifenoberfläche auftritt

θ = 3 π 2 − arctan ⁡ ( a )
mit Spitzenbeschleunigungsbetrag
v ˙ = v 2 R ( 1 + 2 a 2 + 2 a 1 + a 2 )
Dies entspricht einem Bereich in der Nähe, wo der Reifen nach unten geht, bevor er berührt. Aber wenn das Fahrrad langsamer wird, ist die Spitzenbeschleunigung erreicht θ = π 2 − arctan ⁡ ( a ) Das ist, wenn der Reifen gerade den Boden verlässt. Sie werden also am ehesten mit Schlamm bespritzt, wenn Sie hart auf die Bremse treten.

Danke für die Erklärung (ich habe ein wenig davon verstanden, da ich nicht so hohe Physik studiert habe). Ich brauchte nur die kurze Antwort, die Sie zu Beginn gegeben haben. Danke!
Ich bin mit dieser Analyse nicht einverstanden. Die lineare Geschwindigkeit eines Punktes auf dem Rad variiert von Null am Boden bis zur doppelten Geschwindigkeit des Fahrrads an der Spitze. Der Schlamm wird während der Bewegung von unten nach oben beschleunigt und ausgestoßen, wenn die Haftkraft kleiner als die lokale Linearbeschleunigung ist. Werfen Sie an einem regnerischen Tag einen Blick auf das Trikot eines beliebigen Radfahrers und Sie werden eine Schlammlinie sehen, die auf dem Weg „nach oben“ ungefähr 3*pi/4 abgeworfen wird. Jeglicher Schlamm, der oben am Rad hängen bleibt, bleibt dort, da die lineare Beschleunigung von dort abnimmt.
Bitte, wenn Sie eine bessere Erklärung geben können (die für Schüler der Oberstufe leichter verständlich ist, oder etwas darüber), dann geben Sie sie als Antwort. Danke schön.
Sie verwirren die Tatsache, dass sich der Schlamm, der sich am wahrscheinlichsten löst (loser Schlamm), zuerst löst und der Schlamm, der in die Laufflächen eingebettet ist, viel länger haften bleibt. Das Trikot des Fahrers fängt dort nur den Schlamm von dieser Stelle auf. Von oben geschleuderter Schlamm landet nicht auf dem Fahrer.
@CarlWitthoft der Beschleunigungsvektor ist
[ v ˙ X v ˙ j ] = [ − v 2 R Sünde ⁡ θ + v ˙ ( 1 − cos ⁡ θ ) v 2 R cos ⁡ θ − v ˙ Sünde ⁡ θ ]
Nehmen Sie die Größe und sehen Sie, dass sie konstant ist, wenn das Fahrrad nicht beschleunigt v ˙ = 0 , mit “ A “ = v 2 R .

Zentrifugalkraft, ist die Kraft des Reifens, die bewirkt, dass der Schlamm wegfliegt und sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, in der sich das Rad bewegt. Wenn Ihr Rad Sie also nach Norden treibt, wird die Zentrifugalkraft den Schlamm nach Süden schicken.

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